耐磨材料在立磨中的應(yīng)用_圖文

1、耐磨材料在立磨中的應(yīng)用李柏林敬清海魏玉波成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司(610021摘要:磨損已成為影響立磨運(yùn)行可靠性和壽命的重要因素,根據(jù)不同部位的不同磨損機(jī)理,結(jié)合各種耐磨材料各自的特點(diǎn),針對(duì)性地選擇適宜的耐磨材料進(jìn)行防磨處理,才能經(jīng)濟(jì)而有效的提高立磨的綜合抗磨損能力,從而提高設(shè)備的整體壽命和可靠性。關(guān)鍵詞:耐磨材料抗磨損立磨可靠性壽命0前言基于非完全限定料床擠壓粉碎原理的立式輥磨(簡(jiǎn)稱(chēng)立磨,由于具有粉磨效率高、結(jié)構(gòu)緊湊流程簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)在建材、冶金、電力等行業(yè)得到了大量應(yīng)用,尤其是在水泥行業(yè),不僅應(yīng)用于生料磨、煤磨大有取代傳統(tǒng)球磨機(jī)的勢(shì)頭,應(yīng)用于礦渣及水泥粉磨方面也得到了長(zhǎng)足的發(fā)

2、展。作為粉磨設(shè)備,立磨內(nèi)部不僅有塊狀、顆粒狀物料的沖擊、擠壓、摩擦,還要承受含塵氣流的沖刷,機(jī)體磨損在所難免。而磨損會(huì)造成磨機(jī)產(chǎn)量降低、運(yùn)轉(zhuǎn)率降低、工件更換或維修頻繁、能耗增加等。在如此復(fù)雜而惡劣的工況下,如何針對(duì)不同部位的不同磨損機(jī)理選用適宜的耐磨材料和抗磨方式,有效各機(jī)件的抗磨損能力,從而提高立磨整機(jī)的壽命和可靠性,成為立磨設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行過(guò)程中一個(gè)重要的課題,本文將就此問(wèn)題作一簡(jiǎn)述和分析,以供參考和探討。1常用耐磨材料的簡(jiǎn)介耐磨材料行業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,已開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)出了涵蓋金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料等各種成分、形式與性能各異的各種耐磨材料。常見(jiàn)的耐磨材料有料墊、鑄石、合金鋼板、復(fù)合鋼

3、板和陶瓷材料等等,關(guān)于各種耐磨材料的性能在同類(lèi)論文都有詳細(xì)的介紹,這里不做詳述。尺有所短,寸有所長(zhǎng),目前還沒(méi)有哪種耐磨材料是完美的或是萬(wàn)能的,各種耐磨材料都各有所長(zhǎng)同時(shí)又有各自的局限性,為便于比較和選擇,在此將它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中大致的性能表現(xiàn)比較集中的概括于表1中,僅供參考,表中A表示該方面指標(biāo)最佳,B、C、D、E依次降低。表1常用耐磨材料特性比較項(xiàng)目耐磨性能加工性能施工工藝性可靠性經(jīng)濟(jì)性耐磨材料料墊B A A B A鑄石D B C C B錳鋼板F B B B A耐磨鑄鐵C C C B B堆焊(復(fù)合鋼板B B B B C熱噴涂C B B B D滲碳C C B A C耐磨鋼板E B A A B耐磨

4、陶瓷片A B C B B耐磨陶瓷涂料C A A A B2立磨用耐磨材料的合理選用立磨耐磨材料的選擇是一個(gè)系統(tǒng)而復(fù)雜的過(guò)程,根據(jù)不同部位物料流的顆粒度及磨損機(jī)理分析,針對(duì)性地選擇適宜的耐磨材料進(jìn)行抗磨處理,有效地提高立磨的綜合抗磨損能力,延長(zhǎng)系統(tǒng)維護(hù)時(shí)間周期,降低運(yùn)行成本,提高立磨運(yùn)轉(zhuǎn)效率,從而提高設(shè)備的整體壽命和可靠性。下面針對(duì)立磨的各個(gè)部位具體情況,按照立磨部件從上到下的順序,結(jié)合實(shí)例分析一下如何選用適宜的耐磨材料。2.1分離器殼體位于立磨最頂部的分離器殼體,受到的磨損比較單一,基本完全是含塵氣流沖刷造成的風(fēng)蝕磨損。該處形狀不大規(guī)則,不便采用鋼板材料制作襯板,如采用作為非金屬材料的耐磨陶瓷片

5、,其理論壽命可達(dá)10年以上,但由于陶瓷片需要粘貼固定,立磨出口溫度通常在90左右,粘接劑性能會(huì)有一定降低,而立磨工作時(shí)始終處于振動(dòng)之中,這樣的環(huán)境下耐磨陶瓷片極易發(fā)生局部脫落導(dǎo)致殼體磨穿,另外,陶瓷片對(duì)接處存在縫隙,風(fēng)蝕磨損容易在縫隙處滲透,所以,實(shí)際應(yīng)用效果不佳。目前最為適宜的材料是耐磨陶瓷涂料,它對(duì)于殼體形狀的適應(yīng)能力很強(qiáng),可以做到完全沒(méi)有尖角和縫隙,因此可以獲得較長(zhǎng)的使用壽命,磨損后在磨內(nèi)進(jìn)行修補(bǔ)即可,見(jiàn)下圖一是分離器殼體耐磨陶瓷的涂料的施工圖片,圖二是使用一年后的磨損效果圖片,從圖上看,涂層表面平整,未見(jiàn)涂層脫落或嚴(yán)重磨損,由此可見(jiàn)陶瓷涂料用于分離器殼體抗磨處理可靠性高。 圖一耐磨陶瓷

6、施工圖圖二分離器殼體使用一年后圖片2.2分離器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子葉片處于粗粉物料和細(xì)粉物料的主要分離區(qū)域,在承受一定物料沖擊的同時(shí),運(yùn)動(dòng)中還受離心力和振動(dòng)的影響,不能采用耐磨陶瓷片或耐磨陶瓷涂料等,因此,目前較適宜的材料是耐磨鋼板,其可加工性和可焊性都較好,并且是全厚度同等硬度,可以抵御兩面的同時(shí)磨損,即使磨損厚度很大只要滿(mǎn)足機(jī)械強(qiáng)度要求就仍可繼續(xù)使用,材料利用率高于50%。圖三是采用HB>400的耐磨合金鋼板制作的轉(zhuǎn)子,在使用一年以后轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)完整,抗磨效果好。轉(zhuǎn)子部件中的各種連接鋼管及護(hù)套管,直徑一般不超過(guò)200mm,無(wú)法利用耐磨鋼板卷制,耐磨陶瓷片或耐磨陶瓷涂料又易脫落而不適宜選用,較可行的是

7、采用20鋼管進(jìn)行滲碳處理,滲碳層深度可以達(dá)到24mm,使用效果較好。轉(zhuǎn)子主軸若采用內(nèi)部心軸轉(zhuǎn)動(dòng)外部軸承套固定的結(jié)構(gòu),其軸承套采用耐磨陶瓷涂料即可獲得良好保護(hù)。但若是空心軸直接懸吊結(jié)構(gòu),因其需要轉(zhuǎn)動(dòng),離心力和振動(dòng)作用下耐磨陶瓷涂料可能發(fā)生松脫,因此采用鎳基碳化鎢合金粉末熱噴涂處理或在空心軸外圍增設(shè)一層固定的帶磨陶瓷涂料的保護(hù)套管,是不錯(cuò)的選擇。 圖三耐磨鋼板轉(zhuǎn)子2.3導(dǎo)向風(fēng)環(huán)導(dǎo)向風(fēng)環(huán)用于實(shí)現(xiàn)物料氣流進(jìn)入分離器轉(zhuǎn)子之前強(qiáng)制變向,含有粗粉和細(xì)粉的物料氣流由此進(jìn)入主分選區(qū),因此磨損情況比較嚴(yán)重,由于葉片間距小厚度薄,且存在氣流沖擊引起的振動(dòng),耐磨陶瓷片和耐磨陶瓷涂料都不適宜。對(duì)于生料、煤粉等磨蝕性不強(qiáng)

8、的物料,采用耐磨鋼板即可以達(dá)到合適的使用壽命,加工制作也比較方便;對(duì)于水泥、礦渣等高磨蝕性物料,即使是采用HB500耐磨鋼板制作的葉片,一般也僅能使用5個(gè)月左右;根據(jù)物料氣流流場(chǎng)分析的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)導(dǎo)向葉片在實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向過(guò)程中,主要起導(dǎo)向作用的是葉片處于迎風(fēng)面的一側(cè),所以,導(dǎo)向葉片的迎風(fēng)面滿(mǎn)足抗磨要求就能適應(yīng)概況要求,因此采用單面耐磨性更好的堆焊復(fù)合鋼板可以達(dá)到更高使用壽命,實(shí)踐證明采用堆焊復(fù)合鋼板使用壽命可以達(dá)到一年以上,由于耐磨復(fù)合鋼板屬于單面防護(hù),安裝時(shí)需要注意使堆焊耐磨層的一面處于迎風(fēng)面。2.4灰斗及喂料槽灰斗中的物料是分離器分選出的粗顆粒,風(fēng)速很低,內(nèi)壁以顆粒物料滑動(dòng)造成的磨粒磨損為主,這樣

9、的工況采用料墊最合適。具體的做法一般是用扁鋼按一定的間距在灰斗內(nèi)壁焊成若干個(gè)擋料圈以積存一定的物料形成料墊,但扁鋼高度和間距設(shè)置要合理,需要根據(jù)物料的堆積角和灰斗斜度確定,以能保證形成不間斷的料墊且厚度不至于太高?；叶吠獗诘那闆r類(lèi)似于分離器殼體,因此一般也是采用耐磨陶瓷涂料進(jìn)行保護(hù)。喂料溜槽主要承受的是塊狀和顆粒狀物料的沖刷、撞擊,要求耐磨的同時(shí)能抗沖擊。在空間寬裕不易堵塞的部位可利用階梯狀擋料板形成料墊保護(hù),既可耐磨又可一定程度上減小物料撞擊溜子產(chǎn)生的噪音。但對(duì)于空間狹窄部位,尤其是處理粘濕物料(例如礦渣時(shí),必須考慮防堵的問(wèn)題,最好的選擇是采用堆焊復(fù)合鋼板,其表面較為光滑不易堵料且均有不錯(cuò)的

10、耐磨效果。目前較多的做法是將灰斗與喂料溜槽下部連接在一起,物料從灰斗下端進(jìn)入磨盤(pán),以保證喂料更加均勻,這樣將導(dǎo)致灰斗下端也將承受沖擊磨損,在這種情況下,采用耐磨復(fù)合鋼板做襯板,使用壽命可以達(dá)一年以上。2.5磨輥及磨盤(pán)作為立磨最重要的粉磨部件,磨輥的耐磨性能和可靠性至關(guān)重要,磨輥磨損嚴(yán)重后,不僅產(chǎn)量會(huì)急劇下降引起電耗偏高,還會(huì)導(dǎo)致磨機(jī)振動(dòng)加劇易引起相關(guān)零部件的損壞。磨輥襯板需要承受高壓下與物料的擠壓和摩擦,較為傳統(tǒng)的材料是硬鎳或高鉻鑄鐵,磨損后再進(jìn)行堆焊修復(fù)多次使用,但由于其可焊性不佳,使用過(guò)程中堆焊層易剝落。另外對(duì)于整體(輥套式襯板,由于硬度不均或堆焊產(chǎn)生的熱應(yīng)力以及工作中受到?jīng)_擊,都易導(dǎo)致輥

11、套斷裂,而如果對(duì)鑄件不進(jìn)行及時(shí)堆焊修復(fù),將會(huì)導(dǎo)致磨輥與磨盤(pán)之間間隙越來(lái)越大,局部磨損嚴(yán)重,直接后果是研磨效率大大降低,能耗增加。因此,越來(lái)越多的立磨直接采用焊接性能好的碳鋼作坯體堆焊耐磨層來(lái)制造磨輥襯板,形成心部韌、表層硬的結(jié)構(gòu),相對(duì)于高鉻鑄鐵具有更高的耐磨性和耐沖擊能力,而且磨損后可以通過(guò)再生堆焊反復(fù)多次使用。此種方式最大的風(fēng)險(xiǎn)就是耐磨層的剝離,為盡量避免剝落,需要從母材、堆焊層厚度、焊絲及施工工藝幾個(gè)方面進(jìn)行合理搭配。同時(shí),為確保堆焊修復(fù)的經(jīng)濟(jì)性和效果,應(yīng)確保每次再生堆焊前襯板的磨損量都不要傷及過(guò)渡層及母材。圖四是采用堆焊的磨輥在工作3000小時(shí)后的狀態(tài)。由于直接暴露于高濃度含塵氣流環(huán)境中

12、,除了磨輥襯板以外的部分,例如輥體、油封等也都需要可靠的耐磨保護(hù),一般采用堆焊復(fù)合鋼板做成保護(hù)罩將其包圍(見(jiàn)圖五。 圖四堆焊磨輥圖五磨輥保護(hù)罩磨盤(pán)也是立磨最關(guān)鍵的粉磨部件,其磨損對(duì)于磨機(jī)的影響與磨輥類(lèi)似。不同的是磨盤(pán)襯板一般形狀較簡(jiǎn)單且均為分塊式結(jié)構(gòu),不存在開(kāi)裂的問(wèn)題,因一般可直接采用硬鎳或高鉻鑄鐵整體鑄造,磨損后同樣可進(jìn)行堆焊修復(fù)多次使用。由于硬度高,其裝配面的加工難度較大,但若襯板裝配面與磨盤(pán)盤(pán)體貼合不佳,工作時(shí)受力不均,易導(dǎo)致襯板開(kāi)裂,因此裝配面的加工質(zhì)量應(yīng)作為磨盤(pán)襯板質(zhì)量的一個(gè)重點(diǎn)控制。采用碳鋼坯體堆焊耐磨層來(lái)制作磨輥和磨盤(pán)的襯板已成為目前的發(fā)展趨勢(shì),由于粉磨物料性能和工況不同,每套磨

13、輥和磨盤(pán)的耐磨壽命也不一樣,根據(jù)國(guó)內(nèi)現(xiàn)已投用的立磨統(tǒng)計(jì),正常情況下,大部分生料立磨的再生堆焊周期為6000-8000小時(shí)、礦渣或水泥立磨的再生堆焊周期為2000-3000小時(shí)。因此,在生料立磨運(yùn)行每2000小時(shí)、礦渣或水泥立磨運(yùn)行每800小時(shí),應(yīng)組織專(zhuān)業(yè)人員對(duì)磨輥和磨盤(pán)的磨損情況進(jìn)行評(píng)估,根據(jù)磨損程度,對(duì)局部剝落或磨損嚴(yán)重的部位進(jìn)行必要的修補(bǔ)避免其快速擴(kuò)展,保證磨輥和磨盤(pán)在正常良好的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí),需要合理確定再生堆焊的時(shí)機(jī),太早堆焊材料利用率低且堆焊時(shí)間影響運(yùn)轉(zhuǎn)率,太晚則會(huì)因單位產(chǎn)量電耗上升過(guò)高和堆焊材料消耗量過(guò)大而失去經(jīng)濟(jì)性,一般情況下,在磨機(jī)產(chǎn)量下降10%左右時(shí)進(jìn)行再生堆焊較為適宜。在

14、日常生產(chǎn)中,定期維護(hù)是立磨可靠運(yùn)行的保證。2.6風(fēng)室風(fēng)環(huán)立磨中另一個(gè)工況很惡劣的地方就是風(fēng)室風(fēng)環(huán),一般由內(nèi)外壁構(gòu)成環(huán)形,其中還有傾斜布置的導(dǎo)風(fēng)板。這里有高速(30-50m/s氣流穿過(guò),夾帶大量物料顆粒和粉塵氣流形成的風(fēng)蝕磨損,同時(shí)從磨盤(pán)甩出的粗顆粒和大塊物料還要經(jīng)過(guò)這里下落到風(fēng)室,對(duì)其又形成了沖擊和磨粒磨損。而這兩種磨損又分別來(lái)自上方和下方,因此導(dǎo)風(fēng)板必須兩面都具有較強(qiáng)的耐磨能力,一般的堆焊復(fù)合鋼板都只有單面耐磨,故需要采用兩塊復(fù)合板互相貼合構(gòu)成雙面耐磨板或直接在普通鋼板上進(jìn)行雙面堆焊,才能確保其具有可靠的使用壽命。圖六是雙面堆焊襯板使用一年后的資料圖片。 圖六雙面堆焊板2.7磨機(jī)殼體磨機(jī)殼體

15、位于磨盤(pán)以上、風(fēng)環(huán)的外圍,這里主要是受到風(fēng)環(huán)吹出的氣流夾帶粉塵的風(fēng)蝕磨損和少量物料顆粒飛濺的撞擊造成的磨損。殼體基本由規(guī)則的弧面或平面組成,因此一般采用錳鋼板做成分塊襯板以螺栓固定,便于更換,對(duì)于礦渣磨則多采用堆焊復(fù)合鋼板來(lái)制作襯板以對(duì)抗礦渣較強(qiáng)的磨蝕性。此外,國(guó)外廠(chǎng)家也有用帶波紋溝槽的鑄造襯板的(見(jiàn)圖七,其原理類(lèi)似于料墊,溝槽與氣流方向垂直,工作時(shí)其溝槽內(nèi)自然積存一定的粉塵后有助于減輕襯板本身的磨損,這種襯板的缺點(diǎn)在于制造難度和成本均較高。國(guó)內(nèi)也有廠(chǎng)家采用花紋鋼板代替溝槽襯板的,但由于缺少連續(xù)的溝槽難以可靠積存粉塵,耐磨性能要打較大的折扣。 圖七溝槽襯板2.8噴水管立磨的噴水裝置一般都需要將

16、水直接噴到磨盤(pán)上的料床,因此其噴水管需要從磨機(jī)殼體伸入磨內(nèi)并橫跨風(fēng)環(huán)的上方,該處風(fēng)速很高且粉塵濃度高,磨損也是很強(qiáng)烈的。較常見(jiàn)的保護(hù)方法是在噴水管下方的迎風(fēng)面設(shè)置V字形的堆焊復(fù)合耐磨鋼板作為襯板,然而實(shí)際效果不盡如人意,這樣的結(jié)構(gòu)在水泥磨中使用不到3個(gè)月就出現(xiàn)了不同程度的噴水管磨穿甚至斷裂(見(jiàn)圖八。分析其磨損發(fā)展情況,我們可以發(fā)現(xiàn)其實(shí)最初的磨損是由噴水管及襯板的上方開(kāi)始的,也就是背風(fēng)面,而這里恰恰不是耐磨防護(hù)的重點(diǎn)部位,發(fā)生這樣的情況,原因在于風(fēng)環(huán)吹出的高速氣流在經(jīng)過(guò)V形襯板后在其背面形成了強(qiáng)烈的紊流,這里也就自然會(huì)受到磨蝕而且其強(qiáng)度并不比迎風(fēng)面弱多少?；谶@樣的分析,我們將V形襯板改成了在噴水管外加一層帶堆焊層的耐磨套管(見(jiàn)圖九,對(duì)其進(jìn)行360度的保護(hù),這樣就取得了滿(mǎn)意的耐磨效果。 圖八噴水